多端環(huán)狀柔性直流配電線路保護方法研究.pdf

1、分布式能源的大規(guī)模發(fā)展，使得可再生能源廣泛接入、就地消納成為了配電網未來發(fā)展的主要方向。相比于傳統(tǒng)交流能量傳輸網絡，直流系統(tǒng)在降低線路損耗、減少分布式電源接入過程的變流能耗等方面均具備明顯的優(yōu)勢。近年來隨著電壓源換流器(Voltage Sourced Converter，VSC)技術的飛躍式發(fā)展，直流區(qū)域閉環(huán)組網運行已經成為現(xiàn)實。并且，電力電子控制技術的提升和變流器制造成本的降低，進一步推動了直流配電網絡的技術革新。越來越多的國家把直流

2、配電系統(tǒng)作為未來智能電網的重要組成部分。然而，作為一個新興的研究熱點，要實現(xiàn)直流配電系統(tǒng)的大規(guī)模實際運行，一些關鍵問題仍然需要解決。其中，直流配網的保護，作為直流系統(tǒng)、乃至于與之相聯(lián)的交流網絡可靠穩(wěn)定運行的關鍵，是直流配電網研究的重中之重。因此，本文結合實際拓撲結構，針對直流配電系統(tǒng)故障與保護的特殊性，對直流配電系統(tǒng)保護方案的配置進行了以下研究。
　　首先，基于對現(xiàn)有直流配電領域拓撲結構的分析及優(yōu)缺點比較，選擇了三端環(huán)狀拓撲結構作

3、為本文直流配電系統(tǒng)建模的基本拓撲。在換流器設計上，選擇定直流電壓-無功控制和定有功-無功控制策略對基于兩電平電壓源型入網換流器AC/DC進行控制;采用雙向BUCK-BOOST變換器，以恒流控制策略對儲能負載并網進行控制，并在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了直流配電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真模型?；诒疚哪Ｐ?，對直流配電系統(tǒng)入網換流器直流側極間短路故障和單極接地故障的故障回路及其傳播特性、交流電源側不對稱故障的故障特性進行理論分析和仿真

4、驗證，提取相關故障特征為保護方案的合理配置打下基礎。
　　其次，本文結合實際拓撲結構，針對直流配電系統(tǒng)故障與保護的特殊性，對多端環(huán)狀直流配電線路故障提出了基于本地信息的兩種快速直流保護方案。其一，利用檢測直流線路過電流實現(xiàn)保護啟動;分別計算正、負極暫態(tài)電壓的標準差系數(shù)進行故障選極;同時利用區(qū)內故障時各電氣量的時域解析關系，分別推導出單、雙極故障時的微分方程以計算故障距離，從而實現(xiàn)區(qū)內、外故障的快速、可靠識別。其二，通過對直流配電線

5、路頻率特性的分析，根據區(qū)內線路末端的諧振頻率選取電流信號高頻段，利用區(qū)內、外故障時的高頻電流作為保護動作判據;根據正極電流與負極電流的絕對值之比作為故障選極判據。基于MATLAB/Simulink仿真，得出其可對直流區(qū)內各故障進行快速保護動作，在區(qū)外故障時不動作，驗證了保護方案的有效性與可行性。
　　最后，利用直流配電線路區(qū)內、外故障時兩端電流突變量方向的特征，針對現(xiàn)有直流線路縱聯(lián)保護存在的高阻故障時可靠性差、門檻值難以整定等問題